Un team di ricerca guidato dall'USC ha scoperto che i microbi marini con un metabolismo speciale sono onnipresenti e potrebbero svolgere un ruolo importante nel modo in cui la Terra regola il clima.

Lo studio trova batteri contenenti rodopsine, un pigmento che cattura il sole, sono più abbondanti di quanto si pensasse. A differenza delle alghe, non estraggono l'anidride carbonica (CO2) dall'aria. E probabilmente diventeranno più abbondanti nel riscaldamento degli oceani, segnalando un rimescolamento delle comunità microbiche alla base della catena alimentare dove si svolge il lavoro essenziale di conversione dell'energia.

"Gli oceani sono importanti per il cambiamento climatico perché svolgono un ruolo chiave nel ciclo del carbonio. Capire come funziona, e gli organismi marini coinvolti, ci aiuta a perfezionare i nostri modelli climatici per prevedere il clima in futuro, " ha detto Laura Gómez-Consarnau, assistente professore (ricerca) di biologia presso l'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze.

Lo studio appare oggi in Progressi scientifici . Gómez-Consarnau è l'autore principale di un team internazionale di scienziati della California, Cina, il Regno Unito e la Spagna.

I risultati rompono con l'interpretazione tradizionale dell'ecologia marina trovata nei libri di testo, che afferma che quasi tutta la luce solare nell'oceano è catturata dalla clorofilla nelle alghe. Anziché, i batteri dotati di rodopsina funzionano come le auto ibride, alimentato da materia organica quando disponibile, come la maggior parte dei batteri, e dalla luce solare quando i nutrienti sono scarsi.

Le rodopsine furono scoperte 20 anni fa, e gli scienziati della USC e altrove hanno studiato la loro prevalenza e il metabolismo da allora. Questi microbi hanno sistemi proteici sensibili alla luce nelle loro membrane cellulari che intrappolano la luce solare, un adattamento analogo a come bastoncelli e coni nell'occhio umano raccolgono la luce.

In questo studio, i ricercatori hanno trollato un 3, Un'area lunga 4.000 miglia dell'Oceano Atlantico orientale e del Mar Mediterraneo nel 2014. Hanno campionato i microrganismi nella colonna d'acqua fino a 200 metri nel tentativo di scoprire quanto siano diffuse le rodopsine e in quali condizioni siano favorite.

Hanno scoperto che i fotosistemi di rodopsina erano molto più abbondanti di quanto precedentemente realizzato e concentrati in acque povere di nutrienti. In tali zone oligotrofiche, superano le alghe nel catturare la luce. Mentre le alghe usano la luce solare e la CO2 per produrre materiale organico e ossigeno, i pigmenti di rodopsina usano la luce per produrre adenosina trifosfato, la valuta energetica di base che guida molti processi cellulari.

"Sembra che le rodopsine siano più abbondanti in un oceano povero di nutrienti, e in futuro, l'oceano sarà più povero di nutrienti al variare delle temperature, " Gómez-Consarnau ha spiegato. "Quindi, con meno nutrienti vicino alla superficie, le alghe avranno una fotosintesi limitata, e il processo di rodopsina sarà più abbondante. Potremmo avere un cambiamento in futuro, il che significa che l'oceano non sarà in grado di assorbire tanto carbonio quanto oggi. Quindi più gas CO2 può rimanere nell'atmosfera, e il pianeta potrebbe riscaldarsi più velocemente."

Finora, le simulazioni al computer di come potrebbe essere il riscaldamento globale in futuro non tengono ancora conto di questo spostamento microbico.

Precedenti studi hanno dimostrato che le rodopsine costituiscono circa l'80% dei batteri marini, sulla base di analisi genetiche. Ma questo è il primo studio a misurare effettivamente la loro concentrazione nell'oceano e dove amano radunarsi.

Lo studio sottolinea come gli scienziati stanno imparando nuovi percorsi attraverso i quali gli organismi ottengono energia per vivere. Per esempio, sanno da tempo che le piante e le alghe usano la clorofilla per convertire il sole e le sostanze nutritive in zuccheri; infatti, circa la metà di tutta la fotosintesi sulla Terra viene eseguita dalle alghe sulla superficie dell'oceano. E hanno scoperto la vita nei fondali supportata dall'energia chimica dei minerali e dei composti chimici rilasciati dalle bocche vulcaniche dell'oceano profondo. In questa ricerca, hanno imparato che i batteri, a lungo considerati principalmente decompositori in un ecosistema, può effettivamente funzionare come principale produttore di energia sulla superficie dell'oceano.

"Stimiamo che, date le concentrazioni riscontrate nell'acqua di mare, le rodopsine potrebbero catturare più energia luminosa della clorofilla nell'oceano, " Disse Gómez-Consarnau.

"Questi risultati cambiano l'assunto fondamentale che la biosfera marina è alimentata solo dalla luce solare catturata dalle clorofille durante la fotosintesi delle alghe".

Significa anche che, anni nel futuro, le comunità microbiche probabilmente si sposteranno, con conseguente minore fissazione del carbonio nell'oceano. Per valutare appieno come i risultati influenzino la capacità dell'oceano di assorbire i gas serra, Gómez-Consarnau ha affermato che i flussi di CO2 nei sistemi marini dovranno essere rivalutati e che i futuri modelli climatici dovranno includere questo metabolismo batterico.